南京天井洼垃圾填埋場(chǎng)壩體災(zāi)害原因及防治

王洪凱 汪要武 楊小君

(江蘇建材地質(zhì)工程勘察院，江蘇南京 210007)

南京天井洼垃圾填埋場(chǎng)原為在20世紀(jì)80年代以前因采石而形成的約31 m的深凹地，現(xiàn)已填埋至原有地面標(biāo)高。2010年8月份連場(chǎng)大暴雨后，壩體在25 m～28 m標(biāo)高處出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。滲漏流出的污水流進(jìn)周邊村民的魚(yú)塘，致使魚(yú)蝦大面積死亡，給村民的生活帶來(lái)極大的安全隱患。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造、成因、時(shí)代、地層結(jié)構(gòu)、巖土性質(zhì)、地下水埋藏條件，以及可能存在的斷裂或斷裂破碎帶、構(gòu)造影響帶、軟弱結(jié)構(gòu)面等的地質(zhì)情況，對(duì)南京天井洼垃圾填埋場(chǎng)壩體滲漏原因進(jìn)行了分析，并對(duì)其防治技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

天井洼填埋場(chǎng)位于南京市區(qū)長(zhǎng)江之北，該區(qū)域?qū)俚蜕降孛?，地形起伏較大。區(qū)內(nèi)最高山為規(guī)劃用地范圍以西的大頂山，海拔標(biāo)高為246.2 m，山體周邊一般在30 m以下，山體上植被發(fā)育，通行和通視條件較差。垃圾焚燒場(chǎng)東北部為天井洼垃圾填埋場(chǎng)，人工開(kāi)采邊坡坡高15 m～40 m，坡度大于50°。區(qū)域內(nèi)出露地層簡(jiǎn)單，主要由震旦系上統(tǒng)黃墟組上段(Z2h2)和第四系全新統(tǒng)(Q4)組成。震旦系上統(tǒng)黃墟組上段(Z2h2):以單斜形式產(chǎn)出，傾向218°～290°、傾角25°～37°，產(chǎn)狀變化較大。巖性為薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r、中厚層灰?guī)r互層，夾少量薄層泥巖和頁(yè)巖，飽和單軸抗壓強(qiáng)度在15.2 MPa～69.2 MPa，厚度大于80 m。第四系全新統(tǒng)(Q4):主要分布在灰?guī)r頂部，厚0.8 m～6.0 m，巖性為粉質(zhì)粘土混碎石。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層呈向南西傾斜，傾向218°～290°，傾角25°～37°的單斜構(gòu)造，局部產(chǎn)狀變化較大，有小柔皺發(fā)育，區(qū)內(nèi)有三條小斷層分布。該區(qū)域地處老山山脈邊緣，場(chǎng)區(qū)第四紀(jì)全新世以來(lái)無(wú)活動(dòng)性斷裂通過(guò)，區(qū)域地質(zhì)較穩(wěn)定。

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探、注水試驗(yàn)情況來(lái)看，場(chǎng)地地下水主要有第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水兩種類型，第四系松散巖類孔隙潛水主要以孔隙水形式賦存于第四系全新統(tǒng)(Q4)粘土、碎石粘土層中，微～弱透水性，地下水水量貧乏。潛水主要由大氣降水入滲補(bǔ)給，蒸發(fā)是主要排泄方式。其水位隨季節(jié)性變化較大。一般地下水位埋深0.55 m～1.70 m?；鶐r裂隙水主要以孔隙水形式賦存于震旦系上統(tǒng)黃墟組上段(Z2h2)灰?guī)r、泥灰?guī)r中，弱～不透水性，地下水水量貧乏。主要由大氣降水入滲補(bǔ)給，蒸發(fā)和下滲是主要排泄方式。該區(qū)域水質(zhì)類型為SO1HCO3-CaMg或SO1HCO3-Ca型水，地下水對(duì)混凝土具弱腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2 災(zāi)害原因調(diào)查分析

2.1 災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查

垃圾場(chǎng)西側(cè)采石場(chǎng)邊坡主要存在地質(zhì)災(zāi)害類型為滑坡、崩塌，采石場(chǎng)坡高有10 m～40 m，邊坡傾向250°～280°，坡角70°～80°，邊坡巖性為薄層狀灰?guī)r夾泥頁(yè)巖，層理發(fā)育，單層厚1 cm～2 cm，屬較軟巖組，一組張節(jié)理及兩組閉合，節(jié)理發(fā)育，巖體較完整，局部較破碎，且順層順坡。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，采場(chǎng)邊坡發(fā)生崩塌或滑塌的可能性較大，但災(zāi)害規(guī)模一般會(huì)比較小。

2.2 邊坡現(xiàn)狀調(diào)查分析

通過(guò)勘察對(duì)邊坡進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層呈向南西傾斜，傾向218°～290°，傾角25°～44°的單斜構(gòu)造，局部產(chǎn)狀變化較大，小柔皺較發(fā)育，區(qū)內(nèi)有F1，F(xiàn)2～F12十二條小斷層及節(jié)理分布。

其中主張性裂隙一組9條:走向50°～60°，寬度0.10 m～1.00 m，裂隙中充填有紫紅色粘土及巖石角礫混粘土，裂隙面近直立并呈波狀，延長(zhǎng)30 m～50 m，延深30 m～50 m，具有一定的地下水滲透性。

小閉合節(jié)理一組:走向66°～77°，傾向 156°～167°，傾角 62°～66°，延長(zhǎng)、延深2 m～5 m，節(jié)理面平直。節(jié)理密度8條/10 m～10條/10 m。

小閉合節(jié)理二組:走向 77°～80°，傾向 347°～350°，傾角 40°～66°，延長(zhǎng)、延深2 m～5 m，節(jié)理面平直。節(jié)理密度8條/10 m～10條/10 m。

小閉合節(jié)理三組:走向20°，傾向110°，傾角80°。節(jié)理密度9條/10 m。

小閉合節(jié)理四組:走向355°，傾向 265°，傾角 78°～80°。節(jié)理密度9條/10 m。

根據(jù)獲得的地質(zhì)資料及邊坡失穩(wěn)模式判別，場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)邊坡的失穩(wěn)主要為危巖崩塌型及沿臨空結(jié)構(gòu)面組合的塌滑。

危巖卸荷裂隙帶受風(fēng)化作用、地下水作用及人類工程活動(dòng)等因素作用，裂隙面強(qiáng)度減弱，在上覆巖體自重力作用下向臨空方向產(chǎn)生進(jìn)一步變形，陡傾角裂隙帶進(jìn)一步拉裂擴(kuò)張將引發(fā)危巖體的失穩(wěn)。根據(jù)定性分析表明，危巖體部分塊體已處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，在降水、人類工程活動(dòng)等外動(dòng)力因素作用下，將可能出現(xiàn)墜落、傾倒、滑移等失穩(wěn)破壞。

危巖體裂縫的存在、裂縫的局部張開(kāi)已經(jīng)使得整個(gè)巖體變成了彼此較弱的組合塊體。在靜力和動(dòng)力作用下，都不能保證作為一個(gè)整體來(lái)考慮，因此，最外側(cè)的被裂縫切割的塊體，其底部向外鼓出、下沉從而發(fā)生崩塌，并導(dǎo)致后面的塊體移動(dòng)。

2.3 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，一般裂隙率為1條/m，邊坡巖體為中厚層灰?guī)r，較完整，局部較破碎，結(jié)合面總體來(lái)說(shuō)結(jié)合一般，外傾結(jié)合面傾角25°～37°，根據(jù) GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范表A-1，屬Ⅱ類邊坡巖體類型。邊坡安全等級(jí)為二級(jí)［1］。

根據(jù)規(guī)范中表4.5.4，主要巖層(⑤層石灰?guī)r)的內(nèi)摩擦角Φ=38.9°，粘聚力C取650 kPa～1 300 kPa。邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角可表示為:

其中，θ=63.4°;h 為最高坡高，取40 m;γ =26.5 kN/m3。

經(jīng)過(guò)計(jì)算Φd=74°。目前邊坡較為陡峭，坡度達(dá)70°～80°，有的甚至內(nèi)傾，致使有些危巖呈利斧狀向外凸出，巖層產(chǎn)狀外傾呈順坡?tīng)?，所夾的薄層泥巖、頁(yè)巖整體上為不利結(jié)構(gòu)面。根據(jù)GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范公式5.2.4，經(jīng)過(guò)對(duì)K2，K3剖面驗(yàn)算，K2剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.86，K3剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.68，可判斷K2，K3剖面沿結(jié)構(gòu)面的邊坡不穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行治理。

2.4 滲漏原因分析

壩體病害是由多種因素造成的［2，3］，其中滲漏是主要因素之一。壩體產(chǎn)生滲漏主要有以下原因:1)壩體存在多層節(jié)理、斷層。巖性為薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r、中厚層灰?guī)r互層，夾少量薄層泥巖和頁(yè)巖。液流腐蝕巖層，導(dǎo)致出現(xiàn)薄弱面;2)流體裹攜的固體物質(zhì)沉積，將導(dǎo)流管道堵塞，致使內(nèi)部液體無(wú)法導(dǎo)出，最終導(dǎo)致水頭壓力增加;3)壩體未設(shè)置防滲帷幕。

3 壩頂垂直防滲方案

在垃圾場(chǎng)與灰?guī)r接觸帶進(jìn)行垂直防滲，垂直防滲采用巖石高壓灌漿防滲，平面位置在 F4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)10 小斷層及節(jié)理處，于壩頂每隔1.0 m設(shè)置第一排巖石高壓灌漿孔(88個(gè)灌漿孔)，灌漿孔孔底在壩體底部下方3.0 m即標(biāo)高+27.00 m處，在小斷層及節(jié)理處再增設(shè)2排巖石高壓灌漿孔(第二排65個(gè)灌漿孔、第三排32個(gè)灌漿孔)。同時(shí)在垃圾場(chǎng)下游增加滲流路徑，減少水力坡降。

壩基巖石防滲設(shè)計(jì)采用高壓灌漿的方法(見(jiàn)圖1)，即在壩體頂部布置第一排連續(xù)巖石高壓灌漿孔，孔距1 m，孔頂標(biāo)高為+66.00 m，壩體底部標(biāo)高為+30.00 m，孔底深入壩體底部3 m，標(biāo)高為+27.00 m，孔深為39 m［4］。合理布置施工勘察孔(第一排鉆孔中每隔2根為施工勘察孔，先施工此孔)，根據(jù)施工勘察孔鉆孔水位的涌水量測(cè)試，摸清次生斷裂裂隙的空間分布狀況，以調(diào)整三排注漿孔設(shè)置的位置和間距。

圖1 壩體加固剖面圖

施工時(shí)根據(jù)第一排巖石高壓灌漿孔注漿量的情況，在主動(dòng)垃圾場(chǎng)側(cè)適當(dāng)采取有效的降排水措施，以控制污水的水位。增設(shè)第二、三排巖石高壓灌漿孔，最大灌漿壓力為1.5 MPa，孔口封閉自上而下分段灌漿。具體步驟如下［5］。

3.1 鉆孔

1)孔徑為120 mm，鉆孔采用巖石錨桿鉆機(jī)(MD-60型)，利用12 m3空氣壓縮機(jī)的空氣力帶動(dòng)錨桿機(jī)上的潛孔錘沖擊成孔，采用潛孔錘成孔較采用金剛石鉆頭泥漿鉆孔速度快，利用氣壓還可以疏通小斷層及節(jié)理處的填充物，為有效灌漿提供保障。

2)所有鉆孔必須統(tǒng)一編號(hào)，注明孔序。鉆孔過(guò)程中詳細(xì)完整的記錄巖層、巖性和各種異常情況，如破碎、夾泥、漏氣等。

3)灌漿孔的開(kāi)孔孔位符合施工要求，偏差不得大于10 cm。因故變更孔位應(yīng)征得監(jiān)理工程師的同意，并記錄實(shí)際孔位。

3.2 鉆孔沖洗和壓水試驗(yàn)

灌漿孔段均應(yīng)進(jìn)行灌前沖洗，采用導(dǎo)管通入大流量水流從孔底向孔外沖洗的方法。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，壓力超過(guò)1 MPa時(shí)，采用1 MPa;沖洗風(fēng)壓采用50%灌漿壓力，壓力超過(guò)0.5 MPa時(shí)，采用0.5 MPa。裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清后10 min結(jié)束，且總沖洗時(shí)間要求單孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。對(duì)回水達(dá)不到澄清要求的孔段，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過(guò)20 cm。注意當(dāng)鄰近的正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結(jié)束不足24 h時(shí)，不得進(jìn)行裂隙沖洗。灌漿孔(段)裂隙沖洗后，該孔(段)應(yīng)立即連續(xù)進(jìn)行灌漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24 h的，應(yīng)在灌漿前重新進(jìn)行裂隙沖洗。在裂隙沖洗后即可進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時(shí)，采用1 MPa;壓水20 min，每5 min測(cè)讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率表示。對(duì)帷幕灌漿先導(dǎo)孔采用分段卡塞進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，其他各次序孔的各灌漿段可進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。檢查孔應(yīng)采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。

3.3 灌漿

采用孔口封閉分段灌漿，孔口無(wú)涌水的孔段灌漿結(jié)束后可不待凝。但在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)則宜待凝，待凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件確定。為防止巖石面抬動(dòng)，當(dāng)灌注接觸段吸漿量較大時(shí)應(yīng)控制灌漿壓力。水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

漿液水灰比和變漿標(biāo)準(zhǔn):1)按灌漿試驗(yàn)確定的水灰比3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 施灌，灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減小時(shí)，或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。2)當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300 L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，而灌漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí)，應(yīng)換濃一級(jí)水灰比漿液灌注;當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工具體情況，可越級(jí)變濃。

注漿過(guò)程中要有可靠的封口措施，設(shè)置單向閥(逆止閥)、壓力表等以控制壓漿壓力、壓漿量、壓漿速度。

灌漿結(jié)束及封孔:在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌漿即可結(jié)束。灌漿孔封孔采用水灰比0.5∶1的濃水泥漿進(jìn)行分段壓力灌漿封孔。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了壩體發(fā)生滲漏的原因，并根據(jù)研究成果對(duì)壩體防漏進(jìn)行了設(shè)計(jì)和施工。加固完成后，經(jīng)歷了2011年、2012年連場(chǎng)大雨后，該壩體未出現(xiàn)任何滲漏現(xiàn)象，本壩體滲漏防治技術(shù)得到了理想效果。一般來(lái)說(shuō)壩體裂縫、滲漏產(chǎn)生的原因是多方面的，一旦發(fā)生裂縫、滲漏，必須及時(shí)予以處理。壩體滲透的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，必須加強(qiáng)檢查觀測(cè)，及時(shí)認(rèn)真分析研究，以便查明滲透產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性的加以處理。同時(shí)應(yīng)相應(yīng)地做好設(shè)計(jì)、施工和管理運(yùn)行方面的工作，使壩體的使用壽命延長(zhǎng)，更好的為人民造福，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

［1］耿計(jì)計(jì).土石壩繞壩滲流分析方法及防滲措施研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2009(5):21-23.

［2］謝 莉.滑坡監(jiān)測(cè)與土石壩安全監(jiān)測(cè)的關(guān)系淺析［J］.水利水文自動(dòng)化，2009(3):39-40.

［3］白永年，劉憲奎.土壩壩體和堤防灌漿［M］.北京:水利電力出版社，1982.

［4］高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2000.

［5］周永喜.易門(mén)縣岔河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程攔河壩及基礎(chǔ)帷幕灌漿施工管理工作報(bào)告［R］.2005:11.